CN102667094B - 用于内燃机的吸气管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于内燃机的吸气管，该吸气管包括：所述吸气管的外部壳体（1、7、4），其中，增压空气的输入管路（2）通至所述壳体的入口部分（1）；集成在所述吸气管中且由冷却流体冷却的换热器（3），该换热器具有多个换热器管（5），特别是扁平管；以及用于将所述吸气管连接至内燃机的气缸盖的发动机法兰（4），其中，所述换热器管（5）被所述增压空气流过并且所述外部壳体的至少一部分被设计成包围所述换热器管（5）的水套（7）。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的吸气管。
背景技术
从汽车制造业的实践中已知，将用于对被输送给内燃机的压缩气体进行冷却的增压空气冷却器实施为间接式，也就是说，实施为被内燃机的冷却流体(例如冷却剂)流过的换热器。将这种换热器集成地布置在内燃机的吸气管中是已知的。在这种结构形式中，换热器可以具有由被冷却剂流过的扁平管组成的堆叠结构，其中，该换热器通过一个开口装入吸气管壳体中并且借助于法兰板固定在壳体上。于是，增压空气在被冷却剂流过的扁平管处绕流并因此被冷却。
发明内容
本发明的目的是，提出一种用于内燃机的吸气管，通过该吸气管以集成的方式构成机械稳定性特别好的增压空气冷却器。
该目的是通过具有以下特征的本发明的上述的吸气管得以达成的：该吸气管包括：
所述吸气管的外部壳体，其中，增压空气的输入管路通至所述壳体的入口部分；
集成在所述吸气管中且由冷却流体冷却的换热器，该换热器具有多个换热器管，该换热器管为扁平管；以及
用于将所述吸气管与内燃机的气缸盖连接的发动机法兰，
其特征在于，所述换热器管被所述增压空气流过，并且所述外部壳体的至少一部分被设计成包围所述换热器管的水套，且所述水套部分地与所述换热器管平面钎焊；
所述水套具有作为冷却流体的收集器的隆起部，且该隆起部延伸覆盖多个所述换热器管，其中，在所述隆起部处设有冷却流体接口；
相邻的所述换热器管之间配置有肋条；
所述水套包括两个板材成形件；
每个所述板材成形件具有一个沿着所述换热器管的堆叠方向延伸的基部和两个与该基部垂直地延伸的腿部，其中，所述腿部分别与位于外部的换热器管的宽面钎焊；
所述隆起部位于所述基部区域中。
通过吸气管的外部壳体至少部分被设计成包围换热器管的水套，以及通过换热器管被增压空气流过而不是如在现有技术中那样被增压空气绕流，得到特别简单且有效的可能方案，该方案以机械稳定、耐压且抗振的方式将换热器布置在吸气管中。同时，这种结构可以简单、过程可靠且成本低廉地进行制造。
在本发明中，一般地，“增压空气”不仅可理解成压缩空气，也可理解为由空气和再循环的废气组成的混合物。
原则上，根据本发明的装置可以与任何已知类型的废气再循环装置，特别是低压废气循环装置和高压废气再循环装置相结合。根据要求，再循环废气的供给可以在换热器的上游、下游或者直接在换热器的区域中进行。
在本发明的一种优选的实施方式中，每个换热器管在端部分别通至换热器的底板，由此实现了可靠且流体密封的固定。
优选地，水套部分地与换热器管平面钎焊。通过水套或者吸入管的壳体部分与被空气流过且被流体绕流的换热器管的这种直接的材料连接，提供了一种机械上特别稳定且同时可成本低廉地制造的换热器结构形式。平面钎焊可以特别是通过被设计成扁平管的换热器管的经平整的窄面实现。在此，在一种优选但并非必要的详细设计方案中，冷却流体的收集器被设计成水套的延伸覆盖多个换热器管的隆起部，其中，优选地在该隆起部上设置冷却流体接口。因此，省去了用于冷却流体收集器的附加部件，其中，该隆起部可以通过使金属板件简单变形而制成。
在一种通常有利的实施方式中，水套包括至少两个板材成形件。在这里，在一种优选的详细设计方案中，板材成形件中的至少一个具有一个沿着换热器管的堆叠方向延伸的基部和两个与该基部垂直地延伸的腿部，其中，腿部分别与外部的换热器管的宽面钎焊。由此，提供一种特别简单且机械稳定的结构。
通常有利地，根据本发明的吸气管的换热器被制造成一起在焊接炉中钎焊得到的由换热器管、水套和底板组成的单元。对此，可参见本发明的优选实施例。根据要求也可以将换热器管沿深度方向布置成多列，以及水套的各部分可以至少部分地构成为L形。
通常优选地，根据本发明的吸气管的换热器的水套由两个、三个或四个单独的构件构成。
在本发明的一种可能的实施方式中，入口部分和发动机法兰中的至少一个借助于形状配合连接机械固定于换热器上，优选是借助于波纹槽-卷边和/或螺纹连接固定在换热器上。这种机械固定特别是使得相应构件能够由塑料构成。这样的变型方案也是可行的，即在这些变型方案中，由金属构成的入口部分或发动机法兰借助于机械固定(例如波纹槽-卷边或螺纹连接)而被固定。
在一种补充或者替代的实施方式中，入口部分和发动机法兰中的至少一个以材料连接的方式与换热器连接，优选通过熔焊和/或钎焊与换热器连接。在熔焊或钎焊的情况下，相关的构件可以由金属构成，例如作为板材成型件或者作为铸件。这种实施方式可以是，由金属构成的入口部分和/或发动机法兰与换热器连接到一起并且在焊接炉中被钎焊。然而替代地，也可以在换热器制成之后在焊接炉中进行钎焊或熔焊。
非常一般地，根据要求，入口部分和发动机法兰中的至少一个由塑料构成或者也可由金属(例如铝)构成。特别地，这样的组合形式是可行的，即例如在该组合形式中，入口部分由塑料制成而发动机法兰由金属制成，或者反之亦然。这可以特别地取决于是否在各构件中的一个构件上提供引入再循环废气的可能方案，其中，由金属构成的实施方式可以简单地省去用于改变局部过热的其他措施。
在本发明的一种优选的设计方案中，换热器的垂直于空气流动方向或者更确切地说垂直于宽度方向测量的宽度与内燃机的气缸间距之比为2.1到3.3之间。特别有利地，这适用于与直列四缸发动机相结合的情况。替代地或补充地，换热器的垂直于空气流动方向或者更确切地说垂直于深度方向测量的深度与内燃机的气缸孔径之比为0.95到1.4之间。另外，替代地或补充地是，换热器的沿着空气流动方向或者更确切地说沿着高度方向测量的高度与内燃机的压缩比和活塞行程的乘积之比为0.065到0.095之间。在前面提出的发动机尺寸和换热器尺寸之间的关系的任何一个优选范围均是一种经热力学优化的变型方案。在这里，特别优选地是，这些变型方案中的多种或者全部变型方案相结合。
在本发明的另一种有利的设计方案中，冷却流体在换热器管处主要沿着相对于增压气体相反的流动方向绕流，由此实现在热力学上特别有效且均匀的冷却。
在一种优化的实施方式中，被设计成扁平管的换热器管的直径D为大约6mm到大约10mm，其中，特别优选地，横向间距Q为8mm到12mm之间。在这里，概念“横向间距”应理解为由一个扁平管和一个随后的缝隙或者一个肋条构成的重复长度。总的来说，由此可以在压降特别小的情况下实现良好的冷却。
在本发明的一种可能的实施方式中，在发动机法兰上形成用于废气再循环装置的连接元件。在这里，例如可以涉及高压废气再循环装置，其中，发动机法兰优选被设计成铝铸件。
通常优选地，为了优化结构空间并为了使压降达到最小，扁平管的纵轴线与内燃机的汽缸盖的连接平面之间的倾角相对于扁平管横截面的两根主轴线而言为70°到90°之间。
对于根据本发明的换热器来说，在热力学上有利的几何尺寸的特征在于以下数值范围：
换热器的高度h：60mm到200mm；
换热器的宽度b：40mm到300mm；
换热器的深度t：30mm到170mm。
根据本发明的实施方式的其他优点和特征，由下面要描述的实施例得出。
附图说明
下面描述本发明的一种优选的实施例，并且借助于附图对其进行详细说明。
图1示出了根据本发明的吸气管的总立体图；
图2示出了如图1的吸气管的换热器的立体图；
图3示出了如图2的换热器的分解图；
图4示出了由如图2的换热器的换热器管组成的堆叠结构的剖视示意图；
图5示出了吸气管的换热器的另一种实施例的立体图。
具体实施方式
在图1中所示的吸气管包括入口部分1，该入口部分被设计成塑料注塑件。入口部分1的横截面沿着吸气管的宽度方向B逐渐变小。用于输送增压空气的输入管路2通过法兰连接在横截面最大的侧端上。入口部分1主要执行与入口部分1邻接的换热器3的入口侧收集器的功能。增压空气沿高度方向H流过换热器3，其中，增压空气的热量被转移到液态冷却剂形式的冷却流体中。
正如换热器制造中常用的换热器管5的定向方面的术语，图1所限定的术语为高度方向H、宽度方向B和深度方向T。换热器3的安装位置相对于重力的定向与这些名称无关。
在沿高度方向H被增压空气流过的换热器3的出口侧设有发动机法兰4，该发动机法兰通过法兰直接连接在内燃机的气缸盖(未示出)上。在这里，借助于密封面4a和紧固孔4b进行固定。发动机法兰的通流横截面沿增压空气的流动方向从换热器的出口到气缸盖的连接平面逐渐扩大。
发动机法兰4在这里被构成为铝压铸件。它在其侧面区域中包括用于高压废气再循环装置的连接元件4c。
在图2中以及在如图3的分解图中详细示出了换热器3。它包括多个沿宽度方向B堆叠的换热器管5，这些换热器管被设计成扁平管。扁平管的宽面在高度方向H和深度方向T上延伸。扁平管的窄面在高度方向H和宽度方向B上延伸。分别布置在相邻扁平管5的宽面之间并且与这些宽面平面钎焊的肋条并未示出。
扁平管5在这里被构成为由板件折叠且以已知方式制成的扁平管。替代地是，它们也可以被设计成挤压型材。根据要求，扁平管5可以具有多个向内和/或向外的压制部，以产生紊流和/或确保在装配时相邻扁平管具有规定的间距。作为这样的压制部的替代或补充，扁平管5的内部可以配置多个肋片。
扁平管5在端部通至底板6的通道6a中。这些底板6由铝板制成板材成形件。入口侧和出口侧的底板6在这里具有相同的结构，由此减小不同部件的数量。
由扁平管5组成的堆叠结构被水套7包围，该水套具有第一水套部分7a和第二水套部分7b。水套7同时构成根据本发明的吸气管的壳体的一部分，该壳体总体上由入口部分1、水套7和发动机法兰4构成。
两个水套部分7a、7b各具有一个基部7C，该基部带有两个在端侧折弯的腿部7d。基部7c分别沿着垂直于增压空气的流动方向的宽度方向B延伸，并且与换热器管5的窄面平面钎焊。腿部7d分别覆盖堆叠结构中相应地位于外部的扁平管5的宽面的一部分，并且与该宽面平面钎焊。
水套部分7a、7b在其基部7c区域中分别具有细长的沿着宽度方向B延伸的隆起部8，这些隆起部执行在扁平管5处绕流的液态冷却剂的收集器的功能。为了输入和输出冷却剂，在一个水套部分7a的隆起部8上设有接口9。在第二水套部分7b上的隆起部8改善了冷却流体的分配，该冷却流体总体上大致沿着高度方向且逆着增压空气的流动方向沿着扁平管5的宽面流动，也就是说，相对于增压空气而言沿着相反方向流动。在替代的实施方式中，这些接口9也可以设置在水套的不同侧上。
底板6与扁平管5以及水套部分7a、7b一起被机械预装配或者连接到一起，并且在焊接炉中被钎焊成换热器块。为此，各个部件的合适表面被镀上焊料。
为了与入口部分1和发动机法兰4连接，底板6具有以90°折弯的边缘6b，这些边缘配有波纹槽-卷边6c。在根据本发明的吸气管的装配中，在入口部分1和发动机法兰4一侧上的相应结构与这些波纹槽-卷边6c以形状配合连接的方式卡紧，从而使密封件(未示出)一方面被密封地压紧在入口部分1和发动机法兰4之间，另一方面被密封地压紧在入口部分1以及相应的底板6之间。
在一种未示出的替代实施方式中，机械固定是借助于入口法兰1和/或发动机法兰4与底板6的螺纹连接来实现的。
在由金属构成相应部件1、4的情况下，也可以实现通过熔焊或钎焊实现的形状配合连接形式的固定，特别是可以实现在焊接炉中与换热器3一起的钎焊连接。
图4示出了剖视示意图，通过该剖视图示出了扁平管5的直径D以及被定义为重复间距的横向间距Q的尺寸。管径D的典型值大约为8mm，其中，典型横向间距Q大约为10mm。在图4中不按照比例示出的被液体流过的位于相邻扁平管5之间的间隙的典型宽度为2-3mm。在这里，该间隙配有肋条10，这些肋条确保了热量更好从换热器管壁传递到冷却流体。
根据对压降的要求，也可以在扁平管5中设置肋条嵌件。对于根据本发明的实施例来说，增压空气侧的肋条密度一般优选的为50到100肋条每分米(Ri/dm)之间。在设有低压废气再循环装置的情况下，肋条密度优选为60到90Ri/dm之间。在设有高压废气再循环装置的情况下，肋条密度优选为40到60Ri/dm之间。
所示实施例中的换热器的尺寸为：沿高度方向H的高度h为大约130mm，沿宽度方向B的宽度b为大约210mm及沿深度方向T的深度t为大约80mm。
图5示出了换热器20，该换热器与图2中的换热器相类似。该换热器包括多个沿宽度方向B堆叠的换热器管21，这些换热器管有利地被设计成扁平管。这些扁平管的宽面沿着高度方向H和深度方向T延伸。这些扁平管的窄面沿着高度方向H和宽度方向B延伸。分别设置在相邻扁平管21的宽面之间并且与这些宽面平面钎焊的肋条并未示出。在另一种实施例中，在必要时也可以省去肋条。此外，这些扁平管(例如在外侧和/或在内侧)具有多个凸块，以增加紊流。
扁平管21在这里被形成为由板件折叠且以已知的方式制成的扁平管。替代地是，它们也可以被设计成挤压型材。根据要求，扁平管21可以具有向内和/向外的压制部，以产生紊流和/或在装配时确保相邻扁平管具有规定的距离。作为这样的压制部的替代或补充，扁平部21的内部也可以配置多个肋片。
扁平管21在端部通至底板22的通道22a。底板22由铝板制成板材成形件。入口侧和出口侧的底板22在这里具有相同结构，由此减少了不同部件的数量。
由扁平管21组成的堆叠结构被水套23包围，该水套具有第一水套部分23a、第二水套部分23b、第三水套部分23c和第四水套部分23d。水套23同时构成根据本发明的吸气管的壳体的一部分，该壳体总体上由入口部分、水套23和发动机法兰构成。
四个水套部分23a、23b、23c和23d分别位于水套的各个侧面上并且由此形成矩形通道，扁平管在该通道中延伸。在这里，可以有利地使两个对置的部分在角部折弯，从而使其余的两个部分与这些折弯的区域接触，由此可以保证更好的钎焊。
水套部分23b、23d在它们的基部区域中分别具有细长的沿宽度方向B延伸的隆起部24，这些隆起部执行在扁平管21处绕流的液态冷却剂的收集器的功能。为了输入和输出冷却剂，在水套部分23b的隆起部24上设有接口25。在第二水套部分23d上的隆起部24改善了冷却流体的分配，该冷却流体总体上大致沿着高度方向H且逆着增压空气的流动方向沿着扁平管21的宽面流动，也就是说，相对于增压空气而言沿着相反方向流动。在替代的实施方式中，这些接口25也可以设置在水套的不同侧上。
Claims (15)
1.用于内燃机的吸气管，该吸气管包括：
所述吸气管的外部壳体(1、7、4)，其中，增压空气的输入管路(2)通至所述壳体的入口部分(1)；
集成在所述吸气管中且由冷却流体冷却的换热器(3)，该换热器具有多个换热器管(5)，该换热器管(5)为扁平管；以及
用于将所述吸气管与内燃机的气缸盖连接的发动机法兰(4)，
其特征在于，所述换热器管(5)被所述增压空气流过，并且所述外部壳体的至少一部分被设计成包围所述换热器管(5)的水套(7)，且所述水套(7)部分地与所述换热器管(5)平面钎焊；
所述水套(7)具有作为冷却流体的收集器的隆起部(8)，且该隆起部(8)延伸覆盖多个所述换热器管(5)，其中，在所述隆起部(8)处设有冷却流体接口(9)；
相邻的所述换热器管(5)之间配置有肋条；
所述水套(7)包括两个板材成形件(7a、7b)；
每个所述板材成形件(7a、7b)具有一个沿着所述换热器管(5)的堆叠方向(B)延伸的基部(7c)和两个与该基部垂直地延伸的腿部(7d)，其中，所述腿部(7d)分别与位于外部的换热器管(5)的宽面钎焊；
所述隆起部(8)位于所述基部(7c)区域中。
2.根据权利要求1所述的吸气管，其特征在于，所述换热器管(5)在端部分别通至所述换热器(3)的底板(6)中。
3.根据权利要求1所述的吸气管，其特征在于，所述入口部分(1)和所述发动机法兰(4)中的至少一个借助于形状配合的机械固定被固定在所述换热器(3)上。
4.根据权利要求3所述的吸气管，其特征在于，所述入口部分(1)和所述发动机法兰(4)中的至少一个借助于波纹槽卷边和/或螺纹连接被固定在所述换热器(3)上。
5.根据权利要求1所述的吸气管，其特征在于，所述入口部分(1)和所述发动机法兰(4)中的至少一个通过材料连接的方式与所述换热器(3)连接。
6.根据权利要求5所述的吸气管，其特征在于，所述入口部分(1)和所述发动机法兰(4)中的至少一个通过熔焊和/或钎焊的方式与所述换热器(3)连接。
7.根据权利要求1所述的吸气管，其特征在于，所述入口部分(1)和所述发动机法兰(4)中的至少一个由塑料构成。
8.根据权利要求1所述的吸气管，其特征在于，所述入口部分(1)和所述发动机法兰(4)中的至少一个由金属构成。
9.根据权利要求8所述的吸气管，其特征在于，所述入口部分(1)和所述发动机法兰(4)中的至少一个由铝构成。
10.根据权利要求1所述的吸气管，其特征在于，在与直列四缸发动机相结合的情况下，所述换热器(3)的垂直于空气流动方向测量的宽度(b)与所述内燃机的气缸间距之比为2.1到3.3之间。
11.根据权利要求1所述的吸气管，其特征在于，所述换热器(3)的垂直于空气流动方向测量的深度(t)与所述内燃机的气缸孔径之比为0.95到1.4之间。
12.根据权利要求1所述的吸气管，其特征在于，所述换热器(3)的沿着空气流动方向测量的高度(h)与所述内燃机的压缩比和活塞行程的乘积之比为0.065到0.095之间。
13.根据权利要求1所述的吸气管，其特征在于，所述冷却流体在所述换热器管(5)处沿着相对于增压空气相反的流动方向绕流。
14.根据权利要求1所述的吸气管，其特征在于，被设计成扁平管的所述换热器管(5)的直径(D)为6mm到10mm，横向间距(Q)为8mm到12mm之间。
15.根据权利要求1所述的吸气管，其特征在于，在所述发动机法兰(4)上形成用于废气再循环装置的连接元件(4c)。
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